Zblízka vypadá vyvíjející se sítnice jako přeplněné nádraží: nervové buňky vyrážejí všechny najednou, míjejí se, vracejí se a volí překvapivé cesty. Přesto z toho vzniká přesně vrstvená tkáň. Tým kolem Caren Norden sledoval tento proces šest a půl roku v průhledných embryích dania pruhovaného a zjistil, že neurony se řídí signály od sousedů a že některé jejich pohyby chrání zrající tkáň – a na konci si můžeš ověřit, jak se v tvůrčím chaosu orientuješ ty.
Většina neuronů se rodí daleko od svého cílového místa. Aby mohla vzniknout fungující nervová soustava, musejí tyto buňky projít tkání a po příchodu vytvořit funkční spojení. V sítnici a v dalších vyvíjejících se oblastech mozku je tu ještě jeden úkol: buňky se musejí uspořádat do zřetelných vrstev. Vědci tomuto procesu říkají neuronální laminace.
O tom, jak laminace v sítnici probíhá, se překvapivě málo vědělo. Většina výzkumu se soustředila na mozkovou kůru a zkoumala hlavně samotné migrující buňky, nikoli okolní tkáň. Projekt makingtheretina financovaný Evropskou radou pro výzkum (ERC) se rozhodl to změnit a za šest a půl roku přinesl zásadní posun v chápání toho, jak se sítnice vytváří.
Projekt pracoval s danio pruhovaným, osvědčeným modelovým zvířetem, které je pro pozorování laminace ideální. Ryba je malá a průhledná, rychle se vyvíjí a její sítnice je ve srovnání s jinými částmi centrální nervové soustavy relativně dobře přístupná.
Klíčovou technikou byla dlouhodobá mikroskopie světelného listu. Osvětluje vždy jen jednu tenkou rovinu tkáně, což je tak šetrné, že embrya zůstávají několik dní zdravá. „Dlouhodobá mikroskopie světelného listu nám umožnila sledovat migraci buněk a laminaci v embryu dania přímo v průběhu,“ říká hlavní řešitelka Caren Norden, dříve z Gulbenkianova institutu molekulární medicíny a nyní z Univerzity v Cambridgi.
Sledování buněk po několik dní vytváří obrovské množství snímků, a tak se k biologům přidali informatici a teoretici. Společně propojili experimenty s:
„Vlastní analytické nástroje nám umožnily sledovat pohyby buněk v čase a získat rychlosti, směry a změny tvaru, čímž se odhalily odlišné strategie, které používají jednotlivé typy neuronů sítnice,“ vysvětluje Norden. Prediktivní nástroje a teoretické modely pomohly týmu vytvářet hypotézy o tom, co pohyby řídí, testovat je a v opakovaných kolech upřesňovat.
To, co tým zprvu viděl, vypadalo jako chaotický neuronální „provoz“. Pod povrchem se však skrývala výjimečně přesná dynamická kontrola. „Naše studie ukázaly, že přesná struktura tkáně vzniká z překvapivě chaotického chování. Různé typy buněk se pohybují současně a každý používá jinou strategii, často se přitom míjejí, aby dosáhly svého cílového místa,“ říká Norden.
Jinými slovy, žádná jediná uspořádaná fronta neexistuje. Několik typů neuronů je v pohybu ve stejném okamžiku, každý putuje po svém a přesné vrstvy vznikají teprve jako součet všech těchto cest.
Dobrým příkladem jsou horizontální buňky. Nesledovaly pevné dráhy. Každá buňka se naopak vydala vlastní nepředvídatelnou cestou. Výzkumníci původně čekali, že je povede fyzická struktura tkáně, ale tak tomu nebylo.
Horizontální buňky řídila nepřímá komunikace mezi buňkami – chemické signály přicházející od sousedních buněk. Je to trochu, jako když hledáš cestu v novém městě tak, že pozoruješ a posloucháš lidi kolem sebe, a ne podle čáry namalované na chodníku.
Nejpřekvapivější zjištění se týkalo fotoreceptorů. „Nejnápadnější je, že některé pohyby neuronů slouží k ochraně zrání tkáně. Fotoreceptory putovaly sem a tam a obratem zpět dočasně uvolnily prostor, kde později sídlily, aby sousední progenitorové buňky mohly dokončit dělení,“ dodává Norden.
Pohyb, který vypadá jako chyba – vzdálit se od svého budoucího místa a pak se vrátit – tedy ve skutečnosti má svůj účel: dává sousedům prostor dokončit práci. Stejné „uvolňování místa“ se pozorovalo i v lidských sítnicových organoidech, což naznačuje, že jde o zachovanou biologickou strategii.
Projekt ukázal, že tkáňová struktura vyvíjející se sítnice a pohybující se buňky se neustále navzájem formují, zatímco se tvořící tkáň zůstává chráněná. Nápadné rysy tohoto jevu byly pozorovány v lidských sítnicových organoidech a mohou se vyskytovat i v jiných oblastech mozku.
Budoucí výzkum se zaměří na molekulární mechanismy za cestou každé buňky a na to, jak odolná je neuronální laminace, včetně genetické vazby na konkrétní chemické a mechanické signály u poruch neuronální migrace. Právě tady jde v medicíně o nejvíc. „Chybné umístění neuronů stojí za onemocněními, jako jsou epilepsie a mentální postižení. Tím, že zjišťujeme, jak neurony nacházejí správné pozice v sítnici dania, budujeme porozumění potřebné k tomu, abychom mohli zkoumat, co se děje špatně u neurologických a neurovývojových poruch,“ uzavírá Norden.
Projekt makingtheretina ukazuje, že přesná struktura může vyrůst z toho, co vypadá jako nepořádek. Neurony ve vyvíjející se sítnici dania se pohybují současně, používají různé strategie, řídí se chemickými signály od sousedů a někdy se dokonce vracejí, aby uvolnily místo ostatním. Výzkum na modelových organismech má nadále zásadní roli při chápání toho, jak se tkáně a orgány vyvíjejí ve zdraví i nemoci, a spojení experimentů s výpočetními a teoretickými nástroji toto chápání výrazně prohlubuje.
5 otázek · jedna minuta
English
Čeština
Deutsch
Español
Français
Magyar
Italiano
Polski
Português
Русский
Slovenčina
Türkçe
Українська
العربية
中文